CNS功能的動態(tài)依賴于CNS細胞類型之間的全向通信。細胞外囊泡（EV）已經(jīng)成為這種交流的關(guān)鍵介質(zhì)，并且積極參與對CNS損傷的反應(yīng)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和炎癥相關(guān)的神經(jīng)保護，因為它們顯示出雙重有益和有害的作用。神經(jīng)免疫相互作用包括神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間的通訊，CNS內(nèi)的常駐巨噬細胞，這些相互作用是健康大腦功能，炎癥反應(yīng)和疾病發(fā)病機制的關(guān)鍵介質(zhì)。3月26日波士頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)和實驗治療學(xué)團隊在Trends in Neurosciences上發(fā)表了“Neuroimmune Crosstalk through Extracellular Vesicles in Health and Disease”，本綜述旨在組織最近的研究，強調(diào)EVs在健康和神經(jīng)退行性疾病中的作用，特別關(guān)注阿爾茨海默病中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)之間的神經(jīng)免疫相互作用。
亮點
1、CNS EV是具有特定貨物分子負載的異質(zhì)囊泡，取決于CNS的細胞類型，細胞活性和穩(wěn)態(tài)/疾病狀態(tài)。
2、與分泌的分子相比，CNS EVs貨物代表相對少量的分子，但由于它們的濃度和靶向遞送而具有高度影響。
3、CNS EV是通過健康和患病大腦中的小RNA和蛋白質(zhì)進行神經(jīng)免疫通訊的活躍介質(zhì)，并且具有有益和有害的作用。
4、CNS EV參與神經(jīng)退行性疾病病理學(xué)的播種和進展。
健康和疾病中的CNS細胞和EV
神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞通過稱為“神經(jīng)免疫相互作用”的多種跨細胞通訊機制協(xié)調(diào)CNS穩(wěn)態(tài)。這些相互作用的范圍從局部細胞間直接接觸到可溶性因子進行生物材料的短距離和長距離轉(zhuǎn)移。如幾十年前所述，EV似乎是細胞間通訊的有效介質(zhì)，并且作為神經(jīng)免疫相互作用的基本組成部分已經(jīng)獲得了大量關(guān)注。EV生物學(xué)領(lǐng)域仍處于初期階段，許多關(guān)于EV生物發(fā)生，釋放和作用的問題仍有待探索。盡管存在這些尚未解決的問題，但有越來越多的證據(jù)表明EVs在維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)和促進神經(jīng)退行性疾病病理方面的作用將在本綜述中討論。
EV功能的一個重要方面是它們促進CNS內(nèi)外的本地和遠程通信的能力，因為來自大腦的EV可以在外周循環(huán)中找到。這引發(fā)了人們對探索循環(huán)EVs作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病生物標(biāo)志物的潛力的興趣。使用針對L1CAM或NCAM1的抗體在神經(jīng)元中表達的神經(jīng)元衍生的外泌體的富集,允許從外周生物樣本中分離和富集CNS衍生的EV，其可以是用于評估腦神經(jīng)免疫狀態(tài)。因此，它們可以在CNS疾病的診斷中發(fā)揮重要作用，包括神經(jīng)退行性疾病。孤立的CNS EV的蛋白質(zhì)組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)譜可以促進對神經(jīng)免疫通訊機制的理解，并闡明這些相互作用的當(dāng)前未知方面。
EV通常根據(jù)大小劃分為子組。這些組包括：源自質(zhì)膜的微泡（MV），源自細胞內(nèi)多泡體（MVB）的外泌體（直徑30nm至150nm）和起源于凋亡小體來自凋亡細胞; 解釋EV相關(guān)數(shù)據(jù)是困難的，因為目前的EV分離技術(shù)無法明確區(qū)分外泌體，MV和經(jīng)常被污染的脂蛋白復(fù)合物。然而，EVs有能力裝載和運輸DNA、RNA、miRNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，根據(jù)細胞類型、狀態(tài)以及年齡，使EVs成為神經(jīng)免疫通信途徑的新型微調(diào)角色。
雖然EV在健康，衰老和疾病中的生理作用仍在研究中，但已經(jīng)描述了維持CNS健康的幾種功能，包括廢物清除、髓鞘維持和突觸囊泡釋放。相反，EV也與神經(jīng)退行性疾病的傳播有關(guān)，特別是在病理學(xué)部分由神經(jīng)免疫機制決定的疾病中，如阿爾茨海默病（AD）和衰老。本綜述旨在綜合最近的研究，強調(diào)EV在健康和神經(jīng)退行性疾病中的作用，特別關(guān)注AD中神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)之間的神經(jīng)免疫相互作用。
與EV有關(guān)的神經(jīng)免疫通訊
近年來，隨著越來越多的研究揭示免疫系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間存在多種功能聯(lián)系，免疫學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的交叉點越來越受到關(guān)注。理解這種趨同在CNS中特別重要，其中小膠質(zhì)細胞（大腦的駐留免疫細胞）在發(fā)育期間和成年期與神經(jīng)元緊密相互作用以維持腦內(nèi)穩(wěn)態(tài)和對CNS損傷的先天免疫應(yīng)答。神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間的通信是雙向的，神經(jīng)元感知并響應(yīng)炎癥信號和小膠質(zhì)細胞反轉(zhuǎn)并響應(yīng)神經(jīng)元活動和神經(jīng)病變。 這種傳播可以通過分泌的可溶性因子，接觸依賴性機制以及從神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞釋放的EV來介導(dǎo)。
CNS內(nèi)的細胞外囊泡串?dāng)_。CNS內(nèi)不同細胞類型之間細胞外囊泡（EV）轉(zhuǎn)移的示意圖。并且標(biāo)記有通常為該細胞-細胞通信途徑發(fā)現(xiàn)的EV的內(nèi)容，并且具有針對該途徑鑒定的一些功能作用。EV可以在圖中描繪的細胞類型中的各種對之間轉(zhuǎn)移內(nèi)容，即神經(jīng)元、小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞和少突膠質(zhì)細胞。
經(jīng)典的神經(jīng)免疫細胞 - 細胞通訊途徑依賴于神經(jīng)膠質(zhì)和神經(jīng)元之間的膜接觸。這些相互作用的實例包括神經(jīng)元特異性跨膜配體簇分化200和fractalkine，以及它們的小膠質(zhì)細胞特異性受體、CD200R和CX3CR1。兩種信號傳導(dǎo)途徑都旨在使小膠質(zhì)細胞在測量/穩(wěn)態(tài)表型中失活。神經(jīng)元質(zhì)膜上的CD200依賴于與小膠質(zhì)細胞中表達的CD200R的直接細胞接觸，而神經(jīng)元中的CX3CL1對于細胞粘附是重要的，并且其可溶形式充當(dāng)小膠質(zhì)細胞中CX3CR1的配體。由神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)產(chǎn)生的類似功能性通訊的趨化因子包括神經(jīng)元趨化因子（C-C基序）配體2（CCL2）與小膠質(zhì)細胞趨化因子（C-C基序）受體2（CCR2）相互作用，以觸發(fā)小膠質(zhì)細胞趨化性。Exocarta數(shù)據(jù)庫概述了EV的蛋白質(zhì)含量，顯示了從神經(jīng)母細胞瘤癌細胞分離的人外泌體中存在CD200，從間充質(zhì)干細胞分離的人外泌體中的CCL2和從成纖維細胞分離的小鼠外泌體中的CX3CL1。EV具有在其膜上表達蛋白質(zhì)的潛力，盡管有趣，但目前尚無法在CNS EV中報告這些分子的直接證據(jù)。有趣的是，凋亡小體表達CX3CL1并在功能上吸引周圍的吞噬細胞。由這些神經(jīng)免疫途徑介導(dǎo)的神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞之間基于EV的相互作用的假設(shè)需要進一步建立和確認(rèn)。還可以想到，神經(jīng)元衍生的EV可以通過尚未揭示的經(jīng)典神經(jīng)免疫通信途徑超越傳統(tǒng)的細胞接觸機制在維持小膠質(zhì)細胞的穩(wěn)態(tài)表型中發(fā)揮重要作用。
已經(jīng)確定，對CNS損傷或疾病的炎癥反應(yīng)的起始、增殖和消退依賴于可溶性因子，包括細胞因子和miRNA，兩者都已被證明包含在EV中。實際上，已發(fā)現(xiàn)細胞因子被包封在多個人細胞和組織中的EV中，從單核細胞到宮頸外植體。包封的細胞因子包括但不限于腫瘤壞死因子（TNF）-α，白細胞介素（IL）-1β，IL-10和CCL2。因為經(jīng)典地認(rèn)為細胞因子大量釋放到細胞外空間，所以相比之下，EV細胞因子的量似乎很小。然而，細胞因子轉(zhuǎn)移的后一種機制可能是有影響的，因為它們?nèi)匀患性贓V中并且直接遞送到受體細胞而不是在大的細胞外空間中消散。介導(dǎo)細胞因子從EV釋放到靶細胞的一種機制是通過激活存在于含有IL-1β的小膠質(zhì)細胞衍生的EV上的P2X嘌呤受體7（P2X7R）。當(dāng)靶細胞響應(yīng)炎癥或其他危險信號釋放ATP時，它作用于在其表面上表達P2X7R的循環(huán)小膠質(zhì)細胞衍生的EV，并誘導(dǎo)從EV進入靶細胞周圍的細胞外空間的IL-1β外流。需要做更多的工作來描述介導(dǎo)EV內(nèi)容釋放到靶細胞的其他機制。
EV貨物中的細胞因子譜在免疫刺激時受到強烈調(diào)節(jié)，例如脂多糖（LPS）注射和ATP刺激，表明通過免疫激活的高度塑性和適應(yīng)性通訊系統(tǒng)。主要描述LPS和ATP信號傳導(dǎo)作為最廣泛研究的誘導(dǎo)EV釋放的配體。幾項嚙齒動物研究表明，在LPS免疫激活后，小膠質(zhì)細胞釋放出富含IL-1β和miR-155的囊泡，或TNF-α和IL-6，具有體外激活小膠質(zhì)細胞的能力。LPS刺激的小膠質(zhì)細胞衍生的EV可以通過其他小膠質(zhì)細胞的激活來傳播炎癥信號，如小膠質(zhì)細胞衍生的EV中CD68，IL-1β，IL-6，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和環(huán)氧合酶-2的表達增加。這些EV還可以激活星形膠質(zhì)細胞，導(dǎo)致嚙齒動物星形膠質(zhì)細胞中Il1b，Il6，Nos2和Ptgs2的mRNA轉(zhuǎn)錄物的上調(diào)，突出了小膠質(zhì)細胞衍生的EV在CNS中傳播神經(jīng)膠質(zhì)炎癥中的作用。
ATP是通過嘌呤能受體刺激的方式從小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞中脫落的另一種強有力的興奮劑。P2X7R對小膠質(zhì)細胞的ATP識別導(dǎo)致富含IL-1β和甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）的EV的釋放，其參與傳播和調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥。此外，ATP刺激能夠使小膠質(zhì)細胞EV含量偏向細胞代謝相關(guān)和自噬體/溶酶體相關(guān)蛋白，并強烈影響星形膠質(zhì)細胞的活化狀態(tài)。小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞響應(yīng)于P2X7R的刺激而脫落EV，感知組織損傷后細胞外環(huán)境中的過量ATP，突出其對危險相關(guān)模式分子的先天反應(yīng)。
此外，EV可以將外周炎性病癥轉(zhuǎn)移至CNS。例如，注射LPS的供體小鼠的血清外泌體在靜脈注射到受體小鼠后能夠誘導(dǎo)CNS炎癥反應(yīng)。在受體小鼠中，觀察到小膠質(zhì)細胞激活，神經(jīng)膠質(zhì)增生，蛋白質(zhì)和mRNA水平增加的促炎細胞因子IL-6和TNF-α，以及炎性miR-155的產(chǎn)生。來自供體小鼠的血清衍生的外泌體含有升高水平的幾種炎癥相關(guān)miRNA，包括miR-155，-15a，-15b和-21，突出了外泌體miRNA作為炎癥介質(zhì)的潛在作用。他們表明小膠質(zhì)細胞在靜脈注射到受體小鼠后從LPS處理的供體小鼠中吸收標(biāo)記的血清來源的外泌體，表明外周給藥的外源性外泌體可以遷移到CNS中。然而，根據(jù)最近公布的方法學(xué)分類，外泌體分離的純化方法具有中間特異性。這僅允許外泌體的中間回收，并且可以含有游離蛋白質(zhì)，核糖核蛋白和脂蛋白。需要使用更具體的方法進行驗證，以確保這些CNS效應(yīng)來自EV貨物分子。大腦和外周之間的EV通信似乎是雙向的，因為來自LPS施用的供體小鼠的血清來源的外泌體已經(jīng)顯示進入供體小鼠的CNS并且如前面所討論的那樣被大腦中的小膠質(zhì)細胞攝取，并且EV起源于所有的CNS細胞類型都可以在血液中檢測到，大概是在穿過血腦屏障（BBB）后。EVs通過BBB運輸?shù)木_機制需要進一步探索。
中樞神經(jīng)系統(tǒng)動態(tài)平衡中EV介導(dǎo)的串?dāng)_
CNS細胞之間的EV介導(dǎo)的串?dāng)_由EV貨物含量以及直接表面接觸介導(dǎo)，并且以全向方式發(fā)生，其中所有細胞類型影響彼此并且彼此通信。本節(jié)描述了EV在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下相對于CNS細胞類型的功能作用。
神經(jīng)元衍生的EV
在嚙齒動物中，原代培養(yǎng)的皮質(zhì)神經(jīng)元從體樹突狀室和突觸末端釋放EV。去極化后從神經(jīng)元釋放的EV富含常見的EV標(biāo)記，如ALG-2相互作用蛋白X（ALIX / PDCP6IP）和flotillin-2，但也含有谷氨酸受體亞型，如AMPA受體、MAP1B和神經(jīng)突相關(guān)的miRNA，如miR-124和miR-1973，表明神經(jīng)元衍生的EV在miRNA輸出中的作用，神經(jīng)元興奮性的調(diào)節(jié)和神經(jīng)遞質(zhì)的釋放。有趣的是，EV介導(dǎo)的氯化鉀誘導(dǎo)的膜去極化后人神經(jīng)母細胞中特定miRNA的釋放與相同miRNA的細胞內(nèi)水平降低相關(guān)，表明神經(jīng)元EV釋放是細胞內(nèi)miRNA含量調(diào)節(jié)的機制。來自神經(jīng)元的含miRNA的EV的內(nèi)化上調(diào)興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白2（EAAT2），其是突觸中谷氨酸攝取的調(diào)節(jié)劑，表明EV釋放與通過調(diào)節(jié)星形膠質(zhì)細胞控制神經(jīng)元興奮性密切相關(guān)的可能性。這些神經(jīng)元衍生的EV被其他神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細胞吸收，并可以多種方式調(diào)節(jié)受體細胞的功能。例如，它們促進小膠質(zhì)細胞去除退化的神經(jīng)突。已經(jīng)通過使用鼠小神經(jīng)膠質(zhì)細胞系MG6和來自去極化大鼠神經(jīng)母細胞瘤細胞系PC12的外泌體顯示了這一點，其加速了從共培養(yǎng)的PC12細胞中去除神經(jīng)突。有趣的是，相關(guān)研究中的MG6細胞被發(fā)現(xiàn)補體成分的表達增加。然而，這些研究使用來自不同物種的永生化細胞系進行，并且在生理學(xué)相關(guān)的實驗設(shè)計中需要進一步驗證。
少量核糖核酸衍生的EVs
幾個證據(jù)表明少量多發(fā)性細胞釋放EV,少突膠質(zhì)細胞EV的作用之一似乎是保護神經(jīng)元。少突膠質(zhì)細胞在periaxonal位點含有MVBs，其與質(zhì)膜融合并在神經(jīng)元谷氨酸能信號傳導(dǎo)后釋放EVs。谷氨酸能夠誘導(dǎo)少突膠質(zhì)細胞中的Ca2 +流入，然后激活小GTP酶Rab35，導(dǎo)致EV釋放。此外，其中少突膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元被分配的transwell系統(tǒng)證明用GABAA受體拮抗劑荷包牡丹堿處理神經(jīng)元增強了少突膠質(zhì)細胞中EV的釋放。這表明EV分泌通過興奮性突觸活動而增強。如先前在transwell系統(tǒng)中所述，神經(jīng)元對少量神經(jīng)細胞的EV攝取顯示出在氧和葡萄糖剝奪期間改善神經(jīng)元活力。此外，暴露于少突膠質(zhì)細胞衍生的外泌體的神經(jīng)元顯示出增加的激發(fā)速率以及改變的基因表達。除了典型的外泌體標(biāo)記物如Alix，腫瘤易感基因101（Tsg101）和四跨膜蛋白，少突膠質(zhì)細胞衍生的EV富含髓鞘蛋白脂質(zhì)蛋白，2'，3'-環(huán)核苷酸3'-磷酸二酯酶，髓鞘相關(guān)糖蛋白，和髓鞘少突膠質(zhì)細胞糖蛋白。少突膠質(zhì)細胞衍生的EVs已被證明通過轉(zhuǎn)移人超氧化物歧化酶和過氧化氫酶參與氧化應(yīng)激的控制，與觀察到少突膠質(zhì)細胞EVs的神經(jīng)元攝取與缺血性激發(fā)后增強的應(yīng)激抗性相關(guān)。另外，少突膠質(zhì)細胞衍生的EV似乎參與小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的髓鞘碎片的清除。一些證據(jù)突出了小膠質(zhì)細胞在通過CX3CR1或IFN-β依賴性途徑去除髓鞘碎片中的作用。有趣的是，少突膠質(zhì)細胞衍生的EV被小膠質(zhì)細胞攝取，然后運輸?shù)饺苊阁w進行降解，表明小膠質(zhì)細胞通過它們的EV攝取清除少突膠質(zhì)細胞髓鞘膜碎片中的作用。
小膠質(zhì)細胞衍生的EVs
EVs不僅可以通過貨物運輸而且可以與目標(biāo)細胞接觸，在神經(jīng)免疫通訊中發(fā)揮重要作用。小膠質(zhì)細胞衍生的EV也涉及影響神經(jīng)突向外生長，調(diào)節(jié)神經(jīng)元活動，以及協(xié)調(diào)與其他小膠質(zhì)細胞的先天免疫反應(yīng)。Antonucci及其同事證明，小膠質(zhì)細胞衍生的EV可以影響神經(jīng)傳遞，通過EV表面成分的直接作用而不是其貨物含量誘導(dǎo)微型興奮性突觸后電流（mEPSC）的劑量依賴性增加。這通過用膜聯(lián)蛋白A5預(yù)處理小膠質(zhì)細胞衍生的EV來抑制，這表明存在于EV膜上的磷脂酰絲氨酸的重要性。這種串?dāng)_的有益或有害影響仍有待評估。
當(dāng)小膠質(zhì)細胞衍生的EV被神經(jīng)元吸收時，它們通過促進SNARE [可溶性NSF附著蛋白受體]形成促進突觸小泡釋放的可能性，促進神經(jīng)酰胺和鞘氨醇的產(chǎn)生并上調(diào)突觸活性。這種增強可以通過鞘氨醇合成的藥理學(xué)或遺傳抑制來抑制。小鼠小膠質(zhì)細胞衍生的外泌體的蛋白質(zhì)組學(xué)分析鑒定了先前在樹突細胞衍生的和B細胞衍生的外泌體中報道的許多酶，伴侶蛋白，四跨膜蛋白和膜受體。氨基肽酶CD13和單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達是小膠質(zhì)細胞所特有的，并將其與其他造血細胞區(qū)分開來。此外，小膠質(zhì)細胞衍生的EV貨物分子，包括血小板反應(yīng)蛋白-1和血小板反應(yīng)蛋白-4，抑制神經(jīng)元凋亡并促進神經(jīng)突向外生長和突觸發(fā)生。這表明小膠質(zhì)細胞具有神經(jīng)保護和神經(jīng)生成作用，這需要進一步研究它們在神經(jīng)發(fā)育和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的作用?；罨男∧z質(zhì)細胞可以脫落含有miR-146-5p的EV，其可以通過EV轉(zhuǎn)移至神經(jīng)元并抑制突觸前末梢中的突觸結(jié)合蛋白-1和突觸后末梢中的neuroligin-1。長時間暴露于EV會減少體內(nèi)海馬體中樹突棘的數(shù)量，并且與mEPSC頻率和振幅降低有關(guān)。這表明膠質(zhì)細胞衍生的EV-神經(jīng)元信號通過EV貨物分子和膜接觸依賴性機制發(fā)生。
星形膠質(zhì)細胞衍生的EV
與小膠質(zhì)細胞相似，星形膠質(zhì)細胞衍生的EV具有穩(wěn)態(tài)和致病功能。據(jù)稱具有有益功能的EV攜帶貨物蛋白，包括熱休克蛋白70，突觸蛋白-1，成纖維細胞生長因子-2，血管內(nèi)皮生長因子和內(nèi)皮抑素。星形膠質(zhì)細胞衍生的EV的神經(jīng)生成作用進一步得到證據(jù)證明它們富含突觸分子突觸蛋白-1的證據(jù)，這與體外氧化應(yīng)激期后的神經(jīng)突向外生長有關(guān)。有趣的是，類似于小膠質(zhì)細胞，星形膠質(zhì)細胞衍生的EV具有影響神經(jīng)傳遞的能力，通過EV表面對神經(jīng)元的直接作用誘導(dǎo)mEPSC的增加。
總之，這些研究突出了EV在正常穩(wěn)態(tài)CNS功能的動態(tài)調(diào)節(jié)中的關(guān)鍵作用，并暗示它們對CNS內(nèi)神經(jīng)元細胞之間的細胞應(yīng)答的起始和增殖以及CNS和外周之間協(xié)調(diào)的炎癥反應(yīng)的貢獻。
中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的EV串?dāng)_
過去幾十年的累積證據(jù)揭示了EV在神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機制和進展中的作用。神經(jīng)退行性疾病的特征在于神經(jīng)元的進行性和不可逆性的喪失，腦中錯誤折疊的蛋白質(zhì)的聚集以及廣泛的神經(jīng)炎癥。電動車對疾病進展的貢獻已在AD，肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS），亨廷頓?。℉D），多發(fā)性硬化癥（MS），帕金森病（PD），朊病毒病和創(chuàng)傷性腦損傷（TBI）中得到描述。本文將討論EV在神經(jīng)變性疾病期間發(fā)生的神經(jīng)免疫應(yīng)答和疾病進展中的作用。
EV在AD中的作用可分為兩大類：（i）通過清除細胞內(nèi)容和支持神經(jīng)元功能的有益作用；（ii）通過病理蛋白和神經(jīng)炎癥的傳播產(chǎn)生的有害作用。
已經(jīng)證明病理性蛋白質(zhì)的清除在AD的背景下是有益的。小膠質(zhì)細胞可以通過吞噬富含Aβ的外泌體來清除Aβ。已顯示神經(jīng)元鞘糖脂允許外泌體中的Aβ螯合，然后通過小膠質(zhì)細胞消化以在體內(nèi)清除Aβ含量，表明神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞使用外泌體清除Aβ的協(xié)同機制。
通過細胞外囊泡介導(dǎo)小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的Tau擴散的示意圖。 （A）致病分子的傳播與神經(jīng)元和小膠質(zhì)細胞攝取的平衡。含有CNS胞外囊泡（EV）的致病性分子，如淀粉樣蛋白-β肽（Aβ），PrPSc，α-syn和Tau被穩(wěn)態(tài)小膠質(zhì)細胞清除，也被神經(jīng)元吸收，這可能引起致病分子的接種，導(dǎo)致蛋白質(zhì)積累。因此，小膠質(zhì)細胞和神經(jīng)元的EV攝取的平衡對于預(yù)防CNS中的疾病傳播是至關(guān)重要的。 （B）小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的疾病通過EV傳播。小膠質(zhì)細胞在疾病進展期間將其表型從穩(wěn)態(tài)改變?yōu)樯窠?jīng)變性。這種小膠質(zhì)細胞可以在例如吞噬作用中具有活性，但在攝入Tau +供體神經(jīng)元后具有清除聚集的tau蛋白的能力受損。未清除的tau聚集體通過EV分泌，其可以被受體神經(jīng)元吸收。 EV中的聚集tau用作受體神經(jīng)元中tau聚集的接種分子。當(dāng)外突觸疾病擴散時，Tau可以從供體神經(jīng)元的軸突末端擴散到受體神經(jīng)元的體樹突區(qū)室，或者從供體神經(jīng)元的體樹突區(qū)室擴散到附近的神經(jīng)元，因為側(cè)向疾病通過小膠質(zhì)細胞EV分泌擴散。
雖然EV通過加速聚集蛋白的清除而具有保護作用，但目前的研究已經(jīng)支持外泌體也有助于病理蛋白擴散的觀點。Aβ和tau是AD病理學(xué)的兩種標(biāo)志性蛋白，存在于從鼠和人腦，人腦脊液（CSF）和人血漿分離的外泌體中。使用中性鞘磷脂酶-2抑制劑體內(nèi)抑制外泌體合成進一步支持這一概念，該抑制劑在表達淀粉樣蛋白前體蛋白（APP）和早老素的家族性AD連鎖突變的5XFAD小鼠模型中抑制神經(jīng)酰胺的合成并減少淀粉樣蛋白斑形成。類似地，中性鞘磷脂酶-2抑制劑對體外合成的體內(nèi)抑制也減少了基于AAV和P301S tau蛋白病模型的tau傳播。攜帶異常蛋白的外泌體的細胞來源仍不清楚，因為據(jù)報道神經(jīng)元，星形膠質(zhì)細胞和反應(yīng)性小膠質(zhì)細胞都分泌它們。在吞噬異常積累的神經(jīng)元tau后，小膠質(zhì)細胞釋放出富含tau的外泌體，然后被神經(jīng)元吸收，進一步促進體內(nèi)疾病的傳播。有趣的是，最近的研究表明，富含tau的外泌體可以播種錯誤折疊的tau聚集體，并在野生型小鼠注射后誘導(dǎo)tau病理。一些研究報道了神經(jīng)元含tau外泌體的釋放，部分是通過突觸活動。原代神經(jīng)元培養(yǎng)的去極化能夠誘導(dǎo)tau陽性外泌體的釋放。使用GFP標(biāo)記的tau蛋白和微流體裝置，Wang等顯示含tau的外泌體的跨突觸傳播。合成Aβ與星形膠質(zhì)細胞衍生的外泌體的孵育增強了其在體外的聚集，并且在體外從野生型原代細胞培養(yǎng)物中分離的星形膠質(zhì)細胞衍生的外泌體的顱內(nèi)注射加速了5XFAD小鼠模型中的Aβ聚集，表明星形膠質(zhì)細胞外泌體可以還通過加速Aβ聚集來驅(qū)動AD病理。
這些研究提出了神經(jīng)元如何對EV運輸?shù)闹虏〉鞍踪|(zhì)做出反應(yīng)的問題。最近的研究表明攜帶Aβ或tau的外泌體被局部和遠端細胞吸收并導(dǎo)致細胞凋亡和神經(jīng)元丟失。Agosta及其同事發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，輕度認(rèn)知功能受損（MCI）和AD患者腦脊液中來自骨髓來源的外泌體更為豐富。這種增加與海馬萎縮有關(guān)，表明通過磁共振成像測量神經(jīng)元損失和白質(zhì)損傷。還報道了通過細胞外Aβ聚集體與來自小膠質(zhì)細胞的MV的相互作用產(chǎn)生神經(jīng)毒性可溶性Aβ。此外，MCI和AD患者的CSF富含髓樣細胞標(biāo)記物IB4陽性MV，其可將Aβ轉(zhuǎn)運至原代培養(yǎng)的神經(jīng)元并具有增強的神經(jīng)毒性。這些發(fā)現(xiàn)揭示了小膠質(zhì)細胞衍生的MV在AD相關(guān)的Aβ介導(dǎo)的神經(jīng)毒性中的新作用。
在基于AAV的tau傳播模型中，tau從內(nèi)嗅皮層擴散到齒狀回并降低齒狀顆粒細胞的興奮性。這通過小膠質(zhì)細胞的消耗而恢復(fù)，表明小膠質(zhì)細胞在tau的轉(zhuǎn)移中起重要作用，可能通過中性鞘磷脂酶-2敏感的外泌體合成，并且可以影響神經(jīng)元功能。因此，活化的小膠質(zhì)細胞是神經(jīng)退行性疾病的標(biāo)志，炎性小膠質(zhì)細胞可通過釋放外泌體降低神經(jīng)元脊柱密度并減少興奮性神經(jīng)傳遞。這進一步表明可能存在一種潛在的新機制，小膠質(zhì)細胞外泌體通過該機制誘導(dǎo)神經(jīng)退行性疾病中常見的突觸喪失。
如何協(xié)調(diào)外泌體對神經(jīng)病理學(xué)進展的有益和有害影響，例如腦中的Aβ和tau積聚，這是一個爭論的問題。一種可能性是神經(jīng)元外泌體合成不是神經(jīng)酰胺依賴性的，而小膠質(zhì)細胞外來體合成是。另一種可能性是外泌體可以在穩(wěn)態(tài)條件下促進聚集蛋白的小膠質(zhì)細胞清除，而在疾病條件下，外泌體合成或分泌的抑制有效地阻止繁殖病理學(xué)。在疾病狀態(tài)下，神經(jīng)退行性小膠質(zhì)細胞顯示其蛋白質(zhì)清除能力受損，這可能加速聚集蛋白質(zhì)摻入外泌體，并隨后作為疾病傳播的播種因子分泌?？傮w而言，EV似乎是疾病通過致病分子的細胞間轉(zhuǎn)移建立和發(fā)展的關(guān)鍵介質(zhì)。
結(jié)論及展望
關(guān)于EV生物發(fā)生，分泌和攝取的累積發(fā)現(xiàn)能夠更好地理解它們在正常和病理條件下調(diào)節(jié)CNS功能中的作用。EV代表細胞間通信的獨特模式，其允許CNS和外周中的多種細胞類型之間的近端和遠距離相互作用。EV涉及多種穩(wěn)態(tài)過程，包括調(diào)節(jié)神經(jīng)元興奮性，突觸可塑性，髓鞘形成，小膠質(zhì)細胞激活和星形膠質(zhì)細胞基因調(diào)節(jié)。這種能力取決于它們可能的各種可能的貨物分子和外部小葉相關(guān)的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。盡管已經(jīng)在多種細胞類型和動物模型中報道了許多有趣的發(fā)現(xiàn)，但對EV功能的精確機制的理解仍處于初期階段，需要更復(fù)雜的特定EV亞型純化、量化方法和穩(wěn)健的細胞類型特異性EV。還有其他幾個關(guān)鍵問題需要回答：1）EV亞型是否不對稱地促成正常的CNS功能和疾病發(fā)病機制？2）外圍EV對CNS功能的影響有多重要，反之亦然？3）是否存在與EV生物學(xué)相關(guān)的風(fēng)險因素，這些因素可能會增加神經(jīng)退行性疾病的易感性或?qū)ι窠?jīng)退行性疾病的預(yù)防？
總之，EV生物學(xué)是一個不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域，旨在了解健康和疾病中的神經(jīng)免疫通訊，希望這一領(lǐng)域的進步將通過針對特定的EV介導(dǎo)的疾病進展機制來支持有效治療的發(fā)展。
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EVs-Exosomes由蘇大，浙大, 法國居里研究所數(shù)位博士、博后及教授創(chuàng)建。
